[發明專利]一種多孔碳插嵌式鋰離子電池正極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210492693.1
• 申請日: 2012-11-27
• 公開（公告）號: CN102945965A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 李本臻;李瑜;李偉善;李林楷;楊林靜;李勝;羽信全
• 申請（專利權）人: 廣東中科信泰新能源有限公司;華南師范大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/58
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;陳亮

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種多孔碳插嵌式鋰離子電池正極材料的制備方法。

背景技術

目前，鋰離子電池由于其優良的特性是發展最快的新型電池，鋰離子電池具有高比功率和高能量密度，是手提攝影機、電腦、電話等現代電子產品體積日益變小、重量日益變輕的主要技術保證，在大型電池應用方面，鋰離子電池是解決汽車尾氣污染最理想的動力電源之一。提高鋰離子電池能量密度為了滿足電動車等市場對鋰離子電池的需求，首先要研發新材料，以提升電池能量密度。

正極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一，在鋰離子電池的三大原料：正、負極和電解液中，正極材料因其比容量、導電率等諸多方面的缺陷而成為了現在鋰離子電池發展的主要瓶頸之一。倍受矚目的橄欖石型的鋰離子正極材料LiMPO₄，如磷酸鐵鋰（LiFePO₄），磷酸錳鋰（LiMnPO₄）等，因其具有原料豐富、成產成本低、安全性高、環境友善等特點，已成為海內外鋰離子動力電池正極材料研發重點，然而上述鋰離子正極材料較差的電子/離子導電率，嚴重地制約了橄欖石型鋰離子正極材料LiMPO₄的發展。

近些年來，人們為了克服這些限制，在顆粒尺寸最小化，摻雜和提高顆粒間電子導電性等方面付出了極大的努力。其中，也構建了多種特性不一的結構比如核殼結構、碳-材料復合體系、微-納米結構和多孔結構等。在這些結構中多孔結構因為提供了大量接觸表面積和三維導電網絡而特別引人關注，然而多孔結構中，孔隙較大的系統缺乏穩定性，也降低了裝載的活性物質，而空隙較小則因為表面張力而影響電解質滲透。因此，新型的LiMPO₄復合多孔結構的研究對于解決現有多孔結構中存在的問題有著重要的意義與作用。

發明內容

本發明的目的是提供一種多孔碳插嵌式鋰離子電池正極材料的制備方法，通過該方法制備的鋰離子電池正極材料來源廣泛、環境友好，結構穩定，電化學性能更優越。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的，一種多孔碳插嵌式鋰離子電池正極材料的制備方法，所述制備方法包括：

配制0.05M的鋰鹽，鐵鹽或錳鹽，磷酸鹽，以及設定濃度的螯合劑與表面活性劑組成的混合溶膠液，并用硝酸調節該溶膠液的pH至<2；

在攪拌條件下在所得到的溶膠液中加入高表面積的導電碳，得到黑色混合物；

將所述黑色混合物經過蒸發、干燥處理后得到黑色粉末；

將所述黑色粉末在管式爐內于>300°C的溫度保溫1~10h后，隨爐冷卻至室溫得到黑色前驅體；

將所述黑色前驅體充分球磨后，在管式爐內于>700°C的溫度燒結并保溫1~50h后，隨爐冷卻至室溫得到正極材料LiMPO₄-C。

所述鋰鹽為醋酸鋰或硝酸鋰；所述鐵鹽為草酸鐵或硝酸鐵；所述錳鹽為醋酸錳或硝酸錳；所述磷酸鹽為磷酸二氫銨或磷酸。

所述螯合劑的設定濃度為0~0.3M。

所述表面活性劑的設定含量為0~50ml。

一種鋰離子電池，所述鋰離子電池的正極材料為按照上述權利要求1-4所述方法制備的多孔碳插嵌式鋰離子電池正極材料LiMPO₄-C。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，所述制備方法包括：配制0.05M的鋰鹽，鐵鹽或錳鹽，磷酸鹽，以及設定濃度的螯合劑與表面活性劑組成的混合溶膠液，并用硝酸調節該溶膠液的pH至<2；在攪拌條件下在所得到的溶膠液中加入高表面積的導電碳，得到黑色混合物；將所述黑色混合物經過蒸發、干燥處理后得到黑色粉末；將所述黑色粉末在管式爐內于>300°C的溫度保溫1～10h后，隨爐冷卻至室溫得到黑色前驅體；將所述黑色前驅體充分球磨后，在管式爐內于>700°C的溫度燒結并保溫1~50h后，隨爐冷卻至室溫得到正極材料LiMPO₄-C。通過該方法制備的鋰離子電池正極材料來源廣泛、環境友好，結構穩定，電化學性能更優越。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。

圖1為本發明實施例提供的多孔碳插嵌式鋰離子電池正極材料制備方法流程示意圖；

圖2為本發明實施例所舉實例中具體實驗對比所得到的XRD示意圖；